Ezen az oldalon
Az LDR a fényfüggő ellenállás (Light-Dependent Resistor) rövidítése. Ez egy passzív, kétkapcsos fényérzékelő, amelynek elektromos ellenállása általában csökken, ahogy több fény éri az érzékeny felületét. Az LDR-t más néven fotoellenállásnak, fotovezető cellának, vagy néha fotocellának.
A fotodiódával vagy fototranzisztorral ellentétben az LDR önmagában nem állít elő meghatározott áramkimenetet. Változtatható ellenállásként viselkedik, ezért a gyakorlati áramkörökben általában egy fix ellenállással, komparátorral, tranzisztorral, relével vagy vezérlőbemenettel kombinálják.
| LDR gyors tény | Válasz |
|---|---|
| Teljes név | Fényfüggő ellenállás (fotorezisztor) |
| Komponens típusa | Passzív fényvezető érzékelő |
| Terminálok | Kettő |
| Polaritás | Egyik sem |
| Több fény általában az alábbiakat okozza: | Alacsonyabb ellenállás |
| Kevesebb fény általában az alábbiakat okozza: | Magasabb ellenállás |
| Gyakori áramköri szerep | Feszültségosztó egyik eleme |
| Fő korlátozás | Nemlineáris és viszonylag lassú válaszidő a félvezető fotodetektorokhoz képest |
Az LDR a VIOX-ban szereplő rövidítések egyike Elektromos rövidítések referenciája. Ez a cikk elmagyarázza az e meghatározás mögött álló elektromos viselkedést.
Mit jelent az LDR az elektromos és elektronikai munkákban?
A név közvetlenül leírja az alkatrészt:
- Fényfüggő azt jelenti, hogy az ellenállása a ráeső fény hatására változik.
- Ellenállás azt jelenti, hogy az elektromos változó az ellenállás, amelyet ohmban mérnek.
Sötétben viszonylag kevés töltéshordozó áll rendelkezésre a fényérzékeny anyagban, ezért az ellenállás magas. Amikor az anyag megfelelő fényt nyel el, további töltéshordozók válnak elérhetővé, és a vezetőképesség nő. Az ellenállás ezért csökken.
Ez az inverz kapcsolat a meghatározó viselkedés:
A magasabb megvilágítás általában alacsonyabb LDR-ellenállást eredményez; az alacsonyabb megvilágítás általában magasabb LDR-ellenállást eredményez.
Az “általában” szó fontos. A pontos ellenállás az eszköz anyagától, a fény hullámhosszától, a megvilágítástól, a hőmérséklettől, a korábbi kitettségtől és a gyártó által megadott vizsgálati módszertől függ.
Az LDR ugyanaz, mint a fotóellenállás?
Igen. LDR és fotoellenállásnak általában ugyanarra az alkatrészosztályra utalnak. A “fotokonduktív cella” a leíróbb műszaki kifejezés, mivel az eszköz fotokonduktivitás révén működik.
“A ”fotocella“ jelenthet LDR-t is, de a fogalom tágabb, és utalhat más fényérzékeny eszközökre vagy komplett vezérlőegységekre is. Az anyagjegyzékben ezért a ”fotocella” kifejezés önmagában való használata helyett a pontos alkatrésznevet és cikkszámot kell feltüntetni.
Hogyan működik az LDR?
Az LDR két vezető kapocs között kialakított fényérzékeny félvezető pályát használ. A pálya gyakran szerpentin mintázatú, hogy kompakt érzékelési felületen is hasznos ellenállást biztosítson.
Működése a következőn alapul: fotovezetőképesség:
- Gyenge fényviszonyok mellett az anyagban kevés a mozgékony töltéshordozó, így nagy ellenállást mutat.
- A beeső fotonok energiát adnak át a fényérzékeny anyagban lévő elektronoknak.
- A megfelelő energiájú fotonok növelik a rendelkezésre álló töltéshordozók számát.
- A vezetőképesség nő, így az ellenállás csökken.
- Amikor a fény megszűnik, az eszköz visszatér a sötétellenállása felé, de nem azonnal.
A válaszidő a fényintenzitástól és a hullámhossztól egyaránt függ. Egy olyan eszköz, amely erősen reagál a látható zöld fényre, másképp viselkedhet infravörös fény alatt, még akkor is, ha az általános célú fénymérő hasonló megvilágítást jelez.
Az ellenállás és a megvilágítás kapcsolata nem lineáris
Az LDR nem egy precíziós lineáris luxérzékelő. Egy meghatározott tartományon belül a gyártók empirikus összefüggéssel írhatják le a viselkedését, például:
R = A × E^(-γ)ahol:
Ra cella ellenállása;Ea megvilágítás;Aeszközfüggő állandó;γaz ellenállás-megvilágítás görbe meredekségét írja le.
Mindkét állandó modell- és állapotfüggő. Az egyenlet csak akkor hasznos az áramköri viselkedés becslésére, ha azt a kiválasztott eszköz adatlapján szereplő görbéhez vagy mért mintákhoz illesztették. Nem tekinthető univerzális LDR-képletnek.
LDR szimbólum és polaritás
Az áramköri szimbólum egy ellenállásjelből áll, amelyre két nyíl mutat. A nyilak a beeső fényt jelképezik. A rajzi konvenciótól függően az ellenállás és a nyilak egy körön belül is megjelenhetnek.
A hagyományos LDR-nek nincs pozitív vagy negatív kapcsa. Bármelyik kivezetés csatlakoztatható a tápfeszültség vagy a földelés felé. Nem az LDR polaritása, hanem az áramkörben elfoglalt helyzete változtatja meg az áramköri választ.
Ez a megkülönböztetés megelőz egy gyakori félreértést: az LDR megfordítása nem fordítja meg az érzékelési funkciót, de az LDR és a fix ellenállás felcserélése a feszültségosztóban megfordítja a kimeneti feszültség változásának irányát.
Hogyan működik az LDR feszültségosztóban
A vezérlő általában nem képes közvetlenül ellenállást mérni egy szabványos feszültségbemeneten. A szokásos megoldás az LDR párosítása egy fix ellenállással, és az ellenállásváltozás átalakítása feszültségváltozássá.
Tápfeszültség felé csatlakoztatott LDR
Ha az LDR a Vin és a kimeneti csomópont közé van csatlakoztatva, a fix ellenállás pedig a kimenet és a föld közé:
Vout = Vin × Rfixed / (RLDR + Rfixed)Ahogy a fényerősség nő, RLDR csökken. A nevező kisebb lesz, így a kimeneti feszültség nő.
LDR föld felé csatlakoztatva
Ha a fix ellenállás csatlakoztatva van a Vin és az LDR a kimenet és a föld közé van kötve:
Vout = Vin × RLDR / (Rfixed + RLDR)Ahogy a fényerősség nő, RLDR esik, így a kimeneti feszültség csökken.
| Kívánt válasz növekvő fényerőre | Osztó elrendezés |
|---|---|
| A kimeneti feszültségnek emelkednie kell | LDR a tápfeszültség felé, fix ellenállás a föld felé |
| A kimeneti feszültségnek csökkennie kell | Fix ellenállás a tápfeszültség felé, LDR a föld felé |
A rögzített ellenállás határozza meg a hasznos érzékelési tartományt. Gyakorlati kiindulópontként gyakran az LDR tervezett kapcsolási küszöbértékhez tartozó várható ellenállásának közelében lévő érték szolgál, amelyet a valós lámpaspektrum, a szerelési geometria, a hőmérséklet és a burkolati feltételek melletti ellenőrzés követ.
Hogyan olvassunk LDR adatlapot
Ne válasszon LDR-t kizárólag az átmérő vagy a hirdetett “fényellenállás” alapján. Az egyes névleges értékekhez tartozó vizsgálati feltételek a specifikáció részét képezik.
| Adatlap paraméter | Mit mond el Önnek | Miért fontos a vizsgálati feltétel |
|---|---|---|
| Megvilágított ellenállás | Ellenállás megadott megvilágítási szinten | A luxszint, a forrás spektruma vagy színhőmérséklete, valamint a tűrés befolyásolja az értéket |
| Sötétellenállás | Ellenállás a fény eltávolítása után | A gyártók meghatározhatnak egy definiált sötét időszakot a mérés előtt |
| Ellenállásarány vagy érzékenységi együttható | Változás két megadott fényszint között | Hasznos a küszöbtartományhoz és az alkatrészek összehasonlításához |
| Spektrális válasz | Hullámhossztartomány és csúcsérzékenység | Egy eszköz eltérően reagálhat a nappali fényre, a LED-ekre és az infravörös forrásokra |
| Felfutási és lefutási idő | A világosról sötétre és sötétről világosra váltás válaszideje | A két irány válaszideje eltérő lehet |
| Maximális feszültség és teljesítmény | Elektromos igénybevételi határértékek | Bármelyik határérték túllépése károsíthatja a cellát vagy eltolódást okozhat annak működésében |
| Üzemi hőmérséklet | Megengedett környezeti vagy testhőmérséklet-tartomány | Az ellenállás és a kapcsolási küszöbérték a hőmérséklettel változhat |
Például a Luna Optoelectronics PDV-P9001 adatlapja meghatározza a megvilágított ellenállást 10 lux mellett, 2856 K-es fényforrásból, a sötétellenállást egy megadott időintervallum után, a spektrális választ, valamint a különálló felfutási és lefutási időket. Ezek az adatok hasznosak az adott modellhez, mivel a körülmények definiáltak; ezek nem univerzális LDR-értékek. Lásd a PDV-P9001 gyártói adatlap.
Hol használják az LDR-eket?
Az LDR-ek akkor megfelelőek, ha egy áramkörnek a környezeti fényerő gazdaságos jelzésére van szüksége, és nincs szükség nagy sebességű vagy precíziós optikai mérésre.
| Alkalmazás | Hogyan használják az LDR-t | Tervezési szempontok |
|---|---|---|
| Automatikus alkonykapcsolós világítás | Érzékeli, amikor a környezeti fényerő átlépi a küszöbértéket | Alkalmazzon hiszterézist vagy késleltetést a kapcsolási pont körüli vibrálás megelőzésére |
| Kijelző fényerő-szabályozása | A háttérvilágítást a helyiség fényviszonyaihoz igazítja | Vegye figyelembe a burkolat ablakait és a kijelző saját kibocsátott fényét |
| Fény- és sötétségriasztások | Megváltoztatja a komparátor állapotát, ha a fény elzáródik vagy megjelenik | Árnyékolja az érzékelőt a nem kívánt fényforrásoktól |
| Kamera- vagy fogyasztói vezérlők | Széles körű környezeti fényjelzést biztosít | A kalibrálás és a válaszidő korlátozhatja a pontosságot |
| Oktatási vezérlőáramkörök | Szemlélteti az érzékelést, az osztókat, a tranzisztoros kapcsolást vagy a relés vezérlést | Tartsa távol a terhelőáramot az LDR-től, és használjon megfelelő meghajtófokozatot |
Az LDR-t általában érzékelőelemként kell kezelni, nem pedig olyan eszközként, amely közvetlenül kapcsol lámpát, motort, mágneskapcsoló tekercset vagy egyéb terhelést. Az osztó kimenete táplálhat komparátort, tranzisztort, mikrokontroller bemenetet vagy más, a terheléshez kiválasztott interfészt.
LDR vs. fotodióda vs. fototranzisztor
Ezek az eszközök mind fényre reagálnak, de nem ugyanazt az elektromos kimenetet biztosítják.
| Eszköz | Elsődleges kimeneti viselkedés | Relatív sebesség | Legjobb megoldás |
|---|---|---|---|
| LDR / fotorezisztor | Az ellenállás a fénnyel változik | Relatíve lassú | Környezeti fényerő és egyszerű küszöbérték-vezérlés |
| Fotodióda | A fény az optikai bemenettel arányos áramot hoz létre | Gyors | Mérés, kommunikáció és gyors érzékelés |
| Fototranzisztoron | A fény vezérli a tranzisztor áramát | Gyorsabb, mint egy tipikus LDR, erősítéssel | Tárgyérzékelés és kapcsolás, ahol a nagyobb érzékenység hasznos |
| Digitális környezetifény-érzékelő | Kalibrált digitális vagy feldolgozott kimenet | Eszközfüggő | Ismételhetőséget, digitális integrációt vagy lux-alapú adatokat igénylő rendszerek |
Válasszon LDR-t, ha az egyszerűség és a széles körű környezeti fényérzékelés fontosabb, mint a sebesség, a linearitás és a kalibrált mérés. Válasszon másik optikai érzékelőt, ha az alkalmazás gyors reakcióidőt, megismételhető lux-értékeket, meghatározott spektrális illeszkedést vagy digitális kommunikációt igényel.
Az LDR fontos korlátai
Az LDR-tervezés során figyelembe kell venni ezeket a korlátozásokat:
- Nemlinearitás: az ellenállás nem változik arányosan a lux értékével.
- Válaszidő: az ellenállásnak időre van szüksége a megvilágítás változását követő beálláshoz.
- Alkatrész-tűrés: az azonos családba tartozó eszközök széles ellenállástartománnyal rendelkezhetnek.
- Hőmérsékletfüggés: a kapcsolási küszöbérték a hőmérséklet változásával eltolódhat.
- Spektrális függés: a nappali fény és a különböző lámpatechnológiák nem feltétlenül eredményeznek azonos válaszreakciót.
- Előzmények és öregedési hatások: a korábbi megvilágítás és az üzemi körülmények befolyásolhatják az ismételhetőséget.
- Anyagmegfelelőség: sok hagyományos fotóellenállás kadmium-szulfidot használ. Ahelyett, hogy az alkatrész neve alapján feltételezné a megfelelőséget, ellenőrizze a kiválasztott alkatrész anyagnyilatkozatát, a veszélyes anyagok korlátozásáról szóló (RoHS) irányelv szerinti állapotát, a mentességeket és a célpiaci követelményeket. A Európai Vegyianyag-ügynökség RoHS-mentességi adatbázisa azt mutatja, hogy a kadmiumra vonatkozó mentességek alkalmazásfüggőek.
Ezek a korlátozások nem teszik alkalmatlanná az LDR-t. Meghatározzák azokat a feladatokat, amelyeket jól ellát: költséghatékony fény/sötét érzékelés és hozzávetőleges környezeti fényvezérlés a tűréshatárai köré tervezett áramkörrel.
Gyakran Ismételt Kérdések
Mi az LDR teljes neve?
Az LDR jelentése: Fényfüggő ellenállás (fotorezisztor). Más néven fotorezisztor vagy fényérzékeny ellenállás.
Az LDR ellenállása nő vagy csökken a fény hatására?
Egy hagyományos LDR esetében az ellenállás a beeső fény növekedésével csökken, a fényerő csökkenésével pedig nő.
Rendelkezik az LDR polaritással?
Nem. Az alapvető kétkapcsos LDR nem polarizált, így bármelyik kapocs csatlakoztatható bármely irányban. A fix ellenálláshoz viszonyított pozíciója határozza meg, hogy az osztó kimeneti feszültsége nő vagy csökken a fény hatására.
Az LDR aktív vagy passzív alkatrész?
Az LDR passzív alkatrész. A fény hatására változtatja az ellenállását, de nem biztosít teljesítményerősítést vagy saját táplálású digitális kimenetet.
Mérhet-e egy LDR pontosan luxot?
Az LDR képes jelezni a fény relatív változásait és korlátozott tartományban kalibrálható, de általában nem az elsődleges választás pontos luxméréshez. Figyelembe kell venni a nemlineáris karakterisztikáját, tűrését, spektrális érzékenységét, hőmérsékletfüggését és válaszidejét.
Összefoglaló
Az LDR jelentése Fényfüggő ellenállás (fotorezisztor). Az alkatrész fotovezetőképességet használ: a nagyobb beeső fény több töltéshordozót hoz létre, ami növeli a vezetőképességet és csökkenti az ellenállást. Két nem polarizált kapoccsal rendelkezik, és gyakran használják feszültségosztóban a fényváltozások mérhető feszültséggé történő átalakítására.
A megbízható tervezés érdekében válasszon LDR-t a megadott körülmények közötti megvilágított ellenállása, sötétellenállása, spektrális válasza, válaszideje, feszültség- és teljesítményhatárai, hőmérséklettartománya és az anyagmegfelelőségi dokumentációja alapján. Ne alkalmazza egy adott modell “tipikus” ellenállását minden LDR-re.
